물리학으로 풀어보는 세계의 구조

물리학으로 풀어보는 세계의 구조 - 거의 모든 것에 대한 물리학적 설명
마쓰바라 다카히코 지음, 한진아 옮김 / 처음북스 / 2019년 8월

뉴턴 역학을 이용해 세상의 모든 물체 상태를 정확하게 안다면, 미래는 모두 예측할 수 있다고까지 생각했다. 미래에는 여러 가능성이 있어서 자신이 한 행동으로 인해 미래가 전혀 다른 방향으로 진행될 수 있다. (24쪽) 이는 양자론을 배우면 이론적으로도 뒷받침된다고 한다. 저자는 중학교때 양자론에 흥미가 생겨 세상이 따분하거나 지루하지 않았다고 한다. 휴대전하기나 스마트폰이 웬만한 곳에서는 잘 터지는 것을 보면 신기하다. 이는 스마트폰 사용자마다 자신만의 전파가 있어서 주파수의 혼선을 피하고 있다고 한다. 재미있게도 알루미늄 포일로 스마트폰을 감싸면 전화를 걸어도 '전파가 도달하지 못하는 곳에 있다'는 메시지가 나온다. 이것은 전파가 금속을 통과하지 못하기 때문이라고 한다.

물리학은 복잡한 것을 가능한 단순화하여 이해하려는 학문이다. (35쪽) 단순화하는 과정이 어렵지만 이로인해서 세상의 구조에 대해서 조금씩 배워가고 있다. 물체를 점점 분해하면 최종적으로 끈과 같은 형태가 되는 초끈이론이 등장했다. 초끈 이론이 발표됐을때는 아무도 관심을 갖지 않았다고 한다. 하지만 이 이론을 증명하기 위해서는 막대한 에너지로 입자끼리 충돌시켜야 하는데 현실적으로 불가능하다고 한다. <구름은 왜 떨어지지 않을까? 왜 하늘은 파랗고 노을은 빨갈까? >에 대해서 물리학적으로 설명하고 있다. 요즘 무척 날씨가 더워지고 있다. 온난화 현상에 대해서 딱 떨어지는 답이 없다. 기후변화는 한가지 원인만으로는 밝힐 수 없다고 한다.

지구의 지축이 기울어진 이유는 달이 생겨난 계기가 된 천체와의 충돌로 인해 지금의 기울이가 된 것이라고 한다. 진공인 우주는 마찰이 없어 한번 회전하면 영원히 회전하게 되는데 이론적으로는 알아도 신기할 따름이다. 편광 렌즈를 사용하면 물속이 깨끗하게 보이는 것은 수면에서 반사된 빛은 대부분 가로 방향의 편광으로 변하므로 세로 방향의 빛만을 통과하는 편광판 선글라스를 쓰면 반사된 빛은 차단돼, 물속이 훤히 보이는 것이다. 카메라 장치중 PL(편광필터)를 장착하며 수면을 깨끗하게 찍거나 창문 너머의 풍경을 잘 찍을 수 있다. 햇빛이 비쳐 칠판이 잘 보이지 않을때도 편광 렌즈가 도움이 된다고 한다.

예를 들어 핵폭탄으로 인해 대량의 방사능이 누출되어 분자나 원자의 결합이 파괴돼도 원자핵 속에 있는 양성자나 중성자가 파괴되지는 않는다. 이것을 만드는 쿼크에도 아무런 영향이 없다. 즉, 불로불사다.(132쪽) 초고층의 시간은 좀 달리간다고 한다. 매우 미미한 차이지만 참 흥미로운 일이다. 구체적으로 어느 정도의 차이냐면 634m의 도쿄 스카이트리의 꼭대기와 지상은 하루에 100억분의 1초 정도 차이가 난다. 즉, 100억일이 지나면 드디어 1초 정도 차이가 나는 것이다.(164쪽) 상대성 이론이 옳다고 증명되었다고 해도 저자의 말처럼 실제로 시공간의 왜곡은 받아들이기 어렵다.

상대성 이론에 따르면 시공을 이어주는 웜홀을 만들수 있다고 한다. 이론상으로 가능한데 사람이 지나갈 수 있는 크기의 터널을 안정적으로 유지시키려면 어떻게 해야하는지가 문제다. 플러스 에너지는 중력을 가져 구멍을 움츠려 들게 해 마이너스 에너지를 가진 물질이 구멍을 넓혀줘야 한다. 이 마이너스를 가진 물질을 확보한다면 이론상으로 웜홀은 가능하다고 한다. 우리가 알고 있는 에너지는 모두 플러스라고 한다. 플러스 물질을 마이너스로 바꿀수 있는 방법이 있다면 가능할지도 모른다. 영화나 드라마에서 보던 일이 실제로 일어날 수 있을까? 궁금해진다.

'우주가 어떻게 시작됐는지?' 이 궁금증도 물리학으로 풀렸으면 좋겠다.

<이책은 출판사에서 제공받았습니다.>